[发明专利]一种从木糖渣中提取纤维素纳米纤维并用于制备抗菌复合膜的方法

说明书

本发明公开了一种从木糖渣中提取纤维素纳米纤维并用于制备抗菌复合膜的方法，包括：将木糖渣原料进行干燥及细化处理，再经碱处理分离得到纤维素；然后通过芬顿法对纤维素进行氧化处理，用高压均质法将纤维素纳米化，得到高纯度的纤维素纳米纤维分散液；再向分散液中加入阳离子抗菌聚合物，搅拌均匀后通过真空抽滤得到抗菌复合膜。本发明首次创造性地将木糖渣作为生物质原料，结合化学预处理和物理机械法制备表面富含羧基的纤维素纳米纤维，进而通过结合抗菌聚合物，开发得到具有优异力学性能和抗菌性的复合薄膜，不仅有利于减轻对环境的污染，而且实现了对木糖渣的资源化利用。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，特别是涉及一种从木糖渣中提取纤维素纳米纤维并用于制备抗菌复合膜的方法。

背景技术

随着煤、石油等化石能源的日益耗尽及生态环境的不断恶化，对环保型可再生能源资源的开发和应用日益受到各领域的广泛关注。木质纤维素是自然界中储量最大且廉价易得的一种宝贵的生物质资源，主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。其中纤维素是一种由葡萄糖组成的大分子高聚物，经过酸水解、机械粉碎等处理可得到直径为几到几十纳米，长度为几百纳米到几十微米的的纤维素纳米纤维(CNF,Cellulose Nanofiber)。由于纤维素纳米纤维具有亲水性好、可生物降解、强度高、质量轻等特性，使其在复合材料的增强及食品包装、生物医疗、柔性电子器件等领域具有很好的应用前景。

木糖渣是以玉米芯作为木质纤维素原料，经加工生产木糖后产生的固体废弃物。由于木糖生产过程中主要利用玉米芯中的半纤维素，故大量的纤维素和木质素进入木糖渣(其中纤维素含量超过60％，结晶度大于70％)。目前，我国每年木糖渣排放量约有1.3×10⁸吨，但大部分都作为燃料烧掉或随意废弃。如能有效地提取木糖渣中的纤维素纳米纤维并开发出一种具有优异性能的新型复合材料，不仅能够实现变废为宝增加经济效益，也避免了木糖渣随意废弃或燃烧带来的环境污染问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种从木糖渣中提取纤维素纳米纤维并用于制备抗菌复合膜的方法，为高效利用木糖渣资源提供了一种新的技术途径。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：一种从木糖渣中提取纤维素纳米纤维并用于制备抗菌复合膜的方法，包括如下步骤：

1)干燥及细化处理：以木糖渣(富含结晶纤维素的生物质废料)为初始原料，进行干燥及细化处理；

2)碱处理提取木糖渣纤维素：将生成的木糖渣粉末经酸碱预处理分离得到纤维素；

3)“芬顿”氧化预处理：用芬顿法对纤维素进行氧化预处理；

4)纳米纤维化处理：通过高压均质法将纤维素纳米纤维化，得到表面含有羧基的木糖渣纤维素纳米纤维分散液；

5)抗菌复合膜的制备：向分散液中加入抗菌聚合物，搅拌均匀后通过真空抽滤得到抗菌复合膜。

前述干燥及细化处理优选：将木糖渣原料在室温下于真空干燥箱中烘干，然后将烘干后的木糖渣原料用粉碎机粉碎，并收集通过40目筛网的木糖渣粉末备用。

前述碱处理提取木糖渣纤维素优选：称取一定量的木糖渣粉末加入反应罐中，按固液比1:50～1:5加到浓度为10～30wt％的氨水或1～5％wt的氢氧化钠溶液中(固液比1:50～1:5)，在50～100℃下反应2～12h，反应结束后对物料进行固液分离；将收集得到的固体组分进行水洗，然后于真空干燥箱中干燥即得到木糖渣纤维素。